PEBI网格二维两相流数值模拟

油藏数值模拟中广泛采用的笛卡尔网格在描述地质条件复杂的油藏时存在很大的局限,并且笛卡尔网格有限差分法数值模拟存在严重的网格取向效应。文中采用PEBI网格,吸取了有限元方法的优点,可以逼近任意油藏形状,便于局部加密和应用窗口技术,可以减小网格取向效应;同时吸取有限差分的正交性特点,便于计算机实现。文中给出了控制体有限元方法的差分方程,提出一种三角形划分和PEBI网格自动生成的方法,设计两个模型进行了二维单相流、二维油水两相流数值模拟。计算结果表明,PEBI网格模拟近井问题用较少的网格取得了较高的精度,与解析解吻合较好;在油水流度比较大的情况下,PEBI网格的取向效应比有限差分五点格式明显小。     

混合PEBI网格精细油藏数值模拟应用研究

针对原有的PEBI网格在精细油藏数值模拟中出现的问题,提出了综合运用径向网格和PEBI网格的混合PEBI算法.混合PEBI算法将整个研究区域分成两个区域:油井区和油藏区.在油井区采用径向网格,可以在充分把握油井附近流动状态的同时实现网格体积由小到大的快速变化;在油藏区采用PEBI网格,可以很好地逼近复杂油藏形态.混合PEBI网格具有计算效率高、稳定性好、运用灵活等特点,能适应精细油藏数值模拟的需要.用2个三维、多相数值试井计算实例对混合网格的优良性能进行了验证.     

PEBI网格在不稳定试井数值模拟中的应用

复杂系统的油藏模拟的精度和速度主要取决于合理的网格选择.笛卡儿网格得到广泛使用,但它的不足之处在于:①描述储层中的断层、尖灭、水力裂缝、水平井以及其他不连续处的随机性;②典型井位的不可改变;③网格方向影响严重.为了改进笛卡儿网格,降低网格方向的影响,从均匀六边形网格模式开始,垂直平分(PEBI)网格开始初步用于石油行业.目前,五种类型的PEBl网格得到广泛应用,但对它们在模拟不稳定试井中的局限或者可行性研究较少.因此,本文介绍了PEBI网格在模拟水平井、垂直井及压裂直井瞬时压力变化中的应用,通过数值结果与解析结果的拟合检验了PEBI网格的有效性.模拟试验表明,PEBI网格能很好地描述水平井中的瞬时压力变化,但对于直井效果不佳.同时,椭圆形PEBI网格能更好地描述压裂直井中的压力变化,圆形PEBI网格更适用于模拟未压裂直井.     

含不同粒径混合砂粒离心泵固液两相流数值模拟

采用RNGk-ε液相湍流模型,应用欧拉方法对离心泵进行混合砂粒的固液两相流数值模拟,分析了叶轮流道速度变化、压力分布及混合砂粒对离心泵性能的影响。结果表明:随着砂粒体积分数的增加,流道速度增加;在相同工况、相同均值粒径下,离心泵扬程、效率随着砂粒体积分数的升高而降低;在相同体积分数下,离心泵扬程、效率随着砂粒均值粒径的增加而降低。     

离心泵气液两相流数值分析

为了研究离心泵气液两相流对于该泵扬程和效率的的影响,首先采用CFD中的Fluent6.3进行单相流数值模拟与试验结果对比,说明了数值模拟的可靠性;然后采用Mixture模型计算出在设计工况下,不同气相浓度、不同气相颗粒直径在内部流场的液相分布情况,模拟结果表明:增大气相浓浓度和气相颗粒直径都会导致扬程、效率下降,且增大气相浓度对扬程、效率的下降特别显著;     

页岩气水平井气水两相流流型数值模拟

由于井下高温高压的环境,目前尚无法直接对页岩气水平井内流体流动进行物理实验,水平井内多相流流型特点亟待研究。首先,基于某页岩气水平井生产测井数据,建立内径0.124 m,长16 m,倾角分别为±2°、±1°、0°的5组井下管道模型,采用Fluent软件内置的VOF多相流模型对井下高温高压高气量下气水两相流进行仿真模拟。获得不同倾角、不同流量配比的气水两相流流型。其次,利用模拟流型结果分析井倾角、含水率对流型的影响;与经典的Mandhane流型图做对比,分析流型分布的差异。结论如下:井下气相流量为1 000 m3·d-1时,(1)±2°内的井倾角对流型影响不大,不会使流型发生显著变化。(2)液相流量超过250 m~3·d~(-1)时流型由分层流转变为波浪流,液相流量超过1 000 m~3·d~(-1)时流型开始向气泡流转变。(3)与Mandhane流型图相比,模拟实验中分层流与气泡流的分界面提高。最后,采取数值模拟方法弥补了物理实验的不足,仿真模拟结论可为生产测井解释模型的建立提供一定的参考。     

TVD格式在数值求解两相渗流问题中的应用

本把ＴＶＤ格式引入油藏模拟，给出了数值求解两相渗流方程组的ＴＶＤ差分格式，并讨论了相应的ＴＶＤ条件。在此基础上对目前流行的商业软件ＶＩＰ黑油模拟器中的流度上游权格式进行了二阶校正。数值算例表明，使用ＴＶＤ格式求解两相渗流问题比使用传统的流度上游权格式有较高的精度，且少用可观的计算机内存和ＣＰＵ时间。     

油水两相流管路流动的模拟研究

油水两相流是输油管路内常见的一种流态,利用FLUENT软件对油水两相流在突扩和突缩管内的流动进行模拟发现,管路内压力、速度有明显变化,含油量不同其变化程度也不一样。突扩管内含油量增大会延迟流速到达最大的时间,增大流速核心区减小的速度,突缩管内高含油量时双肩处压力无突然增大现象,压力减小区有一定的提前。通过模拟分析突变管内油水两相流动规律,为实际油品输送提供一定的参考依据。     

油水两相试井曲线特征研究

油水两相压力数据解释是数值试井中最常见的问题。在解析试井中,拟合主要由鼠标拖动与自动拟合完成。由于数值试井可供调节的参数多、计算速度慢等原因,压力降落与压力导数拟合主要由人机交互完成。为此研究了饱和度分布、相渗曲线、粘度、体积系数等与试井曲线间的关系,并利用UST数值试井软件研究了参数改变时试井曲线的变化规律。掌握这些规律将有助于提高多相流数值试井拟合效率。     

固液两相流诱发变径及T型管道振动实验研究及数值模拟

管道结构中存在变径或开孔,输送介质不可避免会引起管道振动。为准确模拟固液两相流在变径及T型管道内流动所诱发的振动情况,搭建了实验装置,设计了实验流程和实验工况。针对管道的变径和开孔特点,将管道简化成缩径管及T型管进行有限元数值模拟分析,对缩径管及T型管的实验测试数据和数值模拟结果进行拟合处理,得到了固体颗粒比例、出口流量对变径及T型管道振动的影响规律。可为固液两相流在变径及T型管道内诱发的振动分析提供技术支持。     

非结构网格油藏数值模拟方法研究

根据所建立的单个控制体离散形式的物质平衡方程,基于PEBI和CVFE网格,采用任意形式的渗透率张量,建立了相应的数值算法。PEBI网格是一种局部正交网格,其离散形式与有限差分方法相似,流动系数的取值原则和界面渗透率的取法均与有限差分相同。CVFE网格是非正交网格,本文混合运用有限差分和有限元方法计算折算压力梯度,得到与有限差分和PEBI网格不同的离散形式,提出了根据流量符号判定上游的方法,使模型更为合理。模型计算表明,对于形式简单的对角渗透率张量,本文方法可以与九点差分格式相比,精度是可靠的,并且该方法还能模拟完全各向异性渗透率张量,对于精细油藏数值模拟,其应用范围将更为广泛。     

FCC沉降器全部空间三维流场的数值模拟

 用数值模拟方法模拟了一种典型FCC沉降器内的紊流过程。采用Fluent软件首先计算了一个旋风分离器中的流场，并与实验数据进行了对比，验证了所采用的模型和计算方法，随后对整个沉降器进行计算。在计算过程中没有对沉降器的复杂结构进行简化，所建立的几何模型包括沉降器内部区域和两级旋风分离系统内部区域的全部流动空间，计算结果给出了沉降器所有空间内的流动细节。采用Reynolds应力输运模型对紊流进行处理，可以较好地吻合湍流的各向异性效应。     

FCC进料雾化喷嘴结构对内部流场及混合特性的影响

采用CFD方法,基于欧拉-欧拉方法的mixture多相流模型,对一种内混式催化裂化进料雾化喷嘴的内流场进行数值模拟,研究喷嘴内部气液两相流场的分布状况及其混合特性。为提高喷嘴的雾化效果,对喷嘴的结构进行内置螺旋的改进。对比结构改进前后的模拟结果表明：原结构喷嘴内气液两相分布较集中,且流体的切向速度几乎为零,这使喷嘴的雾化效果下降,喷雾范围受限,不利于原料油与提升管内催化剂的接触;螺旋结构可使流体在混合腔高速旋转,使流体获得切向速度,最大切向速度可达18.49 m/s,增加气液两相流的湍流强度,有效提高流体平均速度,对提高喷嘴的雾化性能有促进作用。     

油藏数值模拟求解中的IMPIMS方法

在油藏数值模拟中对数值模型进行求解,目前基本有两类方法一类是顺序求解法,如IMPES方法和IMPIMS方法;一类是联立求解法,如半隐式法和全隐式法。IMPIMS方法是一种顺序求解方法,是IMPES和半隐式方法的混合变种。它既具有半隐式求解饱和度的特点,又保留了IMPES方法省内存,省计算工作量的优势。     

油气集输管线中气液两相团状流

针对油气集输管线中气液两相团状流的流动机理和特点,将每一段塞单元划分为带液层的气塞区和液塞区两个区域.对气塞区,采用分流模型建立了其水力计算模型;对液塞区,采用均流模型建立了其水力计算模型,并用实验数据关联了液塞区气液混合物的沿程阻力系数与雷诺数之间的相关式.通过气塞区和液塞区水力计算模型的结合,给出了团状流的水力计算模型.经大庆油田12井次实际生产数据检验,该水力计算模型所预测的压力梯度比传统的按流动状态所预测的压力梯度更符合实际值.     

PV型旋风分离器内三维流场的数值模拟

采用雷诺应力模型(Reynolds stress model，简称RSM)，在三维贴体坐标系下采用SIMPLE算法求解控制方程，应用Fluent程序数值模拟PV型旋风分离器内三维流场。计算结果与实测值相吻合，轴向速率在中心处有滞流、回流，环形空间顶部有二次流，排气管末端有短路流。随着排气管直径的减小，切向速率增大。     

水平井变质量管内流动损失的数值研究(二):多支管流动

本文是《水平井变质量管内流动损失的数值研究(一):单支孔流动》[1]的续文,研究多支管水平井筒中流动压降和摩阻。水平井筒中压降及壁面摩擦阻力的沿程变化对水平井的产量有很大影响,因此,掌握水平段的多支孔流动损失和压降规律,对优化水平井长度及开采工艺设计、准确预测水平井产油量至关重要。本文仍采用数值方法,在预测壁面单支管注入对管流压降及壁面摩擦阻力影响的基础上,研究了壁面多支管注入对管流压降及壁面摩擦阻力影响,给出压降系数与壁面注入速度及截面雷诺数的变化规律。     

圆筒炉内燃烧器出口湍流流动和燃油燃烧的三维数值模拟

针对一现场运行圆筒炉内油、气联合燃烧器燃油燃烧过程进行了详细的数值模拟。其中，对燃烧器的复杂几何形状没有进行任何简化，实现了计算区域的结构化网格划分。在前人的研究基础上发展了计算燃油液雾燃烧过程完整的数学模型，对气相的湍流流动采用κ-ε模型，对液雾颗粒相的湍流流动采用随机轨道模型，对湍流燃烧采用EBU-Arrhenius模型，对辐射传热采用离散坐标模型。模拟计算成功地得到了燃烧器出口流场、温度场、组分分布以及火焰形状等详细信息，揭示了计算区域内流动、燃烧和传热过程特点。计算结果与现场测量数据吻合。     

热采数值模拟的快速自适应组合网格方法

本文用快速自适应组合网格方法(FAC)和逐次收据方法分别计算了一个三维、三相、二组分的热采数值模拟.计算结果表明,FAC方法和逐次收缩方法的结果接近全局加密网格上的结果(其中FAC的结果更为理想),而CPU时间仅分别为后者的22.35%和10.8%.